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水利工程论文-4H型尾水管单线图简便计算方法.doc

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水利工程论文-4H型尾水管单线图简便计算方法.doc

水利工程论文4H型尾水管单线图简便计算方法摘要4H型尾水管为大多数大中型电站所采用,为满足尾水管弯管段施工放样、模板制作、钢筋配置等方面的需要,保证尾水管的设计形状,必须对尾水管几何尺寸进行精确的计算,绘制尾水管单线图。在石泉、安康、安康联营水电站工作基础上,推导出一套既精确又简便的计算方法。本方法计算的关键是把垂直剖面的计算建立在水平剖面计算的基础上的,使垂直剖面与水平剖面对应,既满足施工放样要求,又简化了计算。关键词4H型尾水管单线图计算尾水管的作用是减少出口流速,恢复从水轮机转轮流出的流速水头。若尾水管边线形状不准确,将会影响水轮机的效率,因此在进行尾水管单线图计算时,应注意计算方法的准确性。水电站尾水管的型式是由水轮机制造厂根据水轮机的试验效果确定的,一般型式有4A、4C、4E、4H等类型。4H型尾水管为大多数大中型电站所采用,如三门峡、刘家峡、盐锅峡、丹江口、石泉、双牌、安康等电站。由于4H型尾水管以弯管段具有特殊的曲面形状,体形比较复杂,为满足尾水管弯管段施工放样、模板制作、钢筋配置等方面的需要,保证尾水管的设计形状,必须对尾水管几何尺寸进行精确的计算,绘制尾水管单线图。根据建国初期已建成的几个电站来看,计算工作量均比较大,且不便于应用。从目前已有的尾水管单线图计算方法的资料来看,有很多值得商榷的地方。我们在石泉、安康、安康联营水电站工作基础上,推导出一套既精确又简便的计算方法,并且将已将其程序化。1.4H型尾水管弯管段的几何形状4H型尾水管几何形状以弯管段最为复杂,体形如图1所示,它是由圆环面A、斜圆锥面B、斜平面C、水平圆柱面D、垂直圆柱面E、立平面F及水平面G组成。各曲面关系分述如下圆环面A是由以R1为半径的一段圆弧绕机组中心线旋转而成,其几何尺寸由R1、R4H1、R0确定,见图211斜圆锥面B各水平截面圆心轨迹为图211中OK,半径为R0ei,其几何尺寸是由R0和e0确定的斜平面C此平面与圆环面A相割,与斜圆锥面B相切,底部与立平面F相交同一高程水平面上,见图2中11水平圆柱面D是由圆心为O2及半径R2所决定的,见图2中11立平面F该平面与垂直圆柱面E相切,与斜平面C相交,见图2中11、22垂直圆柱面E其圆心轨迹为图211所示kk′,其半径由R0和e0决定,见图2中11、22水平面G是由圆环面A延续部分,与圆环面A相切,详见图211、22。图24H型尾水管弯段形状示意图2.尾水管单线图简便计算方法4H型尾水管因厂房布置等原因,分为有偏角和无偏角尾水管。无偏角尾水管是指尾水管中心线与机组中心线重合,有偏角尾水管是指尾水管中心线与机组中心线不重合,存在一定的夹角。2.1无偏角4H型尾水管单线图计算原理尾水管单线图计算包括水平剖面和垂直剖面的计算,计算内容如下2.1.1水平剖面的计算建立如图3所示的坐标系。1斜圆锥面B的半径R3i的计算根据斜圆锥面B的特点可知,第ii水平剖面与斜圆锥面B交线aibi的半径R3i为当zi小于h1时21zi>h1时,垂直柱面E与ii水平面相交式中R0-尾水管肘管段进口半径zi-第i水平面距xoy平面的距离e0-斜圆锥面圆心与机组中心线最大偏距ei-第i水平剖面与斜圆锥面交线圆弧aibi圆心距机组中心线的距离R3i-第i水平剖面处斜圆锥面的半径。2肘管段平面角θ的计算在图322剖面中22式中B-尾水管扩散段出口宽度l0-尾水管弯管段的长度。3水平剖面CC′点坐标的计算C点为斜平面C与圆环面A相交之点,只要求出水平剖面与斜平面C相交得到的直线方程和与圆环面A相交得到的圆弧方程,C点坐标即可确定。①求第I剖面中biCi直线的方程见图3ii剖面设biCi直线方程为yxtgθ+bi2-3ki点到该直线的距离为R3i,ki点坐标为ei,0,所以有2-4②求圆弧CiCi的方程圆弧半径R4i为如图3IIii剖面25式中R4H1-圆心O3至机组中心线的距离如图3II剖面R1-圆环面A与通过圆心O径向垂直剖面交线圆弧的半径h1-尾水管肘管段上部高度。CiCi方程为x2y2R4i2③求CiCi′点的坐标只有当zi≤h1时圆环面A才与斜平面C相交,所以zi≤h1时Cixci,yci座标为解得2-6当zi>h1时斜平面C已不与圆环面A相交,假定2-74求Ci点与圆心O点连线和正x轴方向的夹角βci2-8当xci0时,βci0,βci在0°~180°范围内。5bb′点坐标的计算在第i水平剖面中如图3中ii剖面,bi点为直线biki与biCi的交点,且biki垂直于bici,已知ki点坐标为ei,0biki方程为2-9联立2-3与2-9方程即可求得bi点座标xbi,ybi2-106求a点的座标①当zi≤υ时,水平剖面与斜圆锥面B、斜平面C和圆环面A相交,ai点坐标为2-11②当zi>υ时,水平剖面分别与斜圆锥面B或垂直圆柱面E、水平圆柱面D,斜平面C和圆环面A相交。水平柱面D与第i水平剖面交线aiai′方程为2-12式中u-圆柱面D圆心的x坐标,uR2R0υ-圆柱面D圆心的y座标。斜圆锥面B垂直柱面E与i水平剖面交线方程为xei2y2R3i22-13联立2-12和2-13方程求解,即可确定aixai,yai点座标

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